可穿戴织物基射频能量收集整流器的研究进展

现有印刷电路板整流器因硬质厚重的缺点而无法满足柔性可穿戴射频能量收集(RFEH)系统的应用需求,电子纺织品为其提供了新方法。综述了织物基整流器的设计、制备与性能评价方法,聚焦其在RFEH方面的应用。总结整流器的工作原理、结构(包括传输线、阻抗匹配网络、整流电路)及织物材料(电介质与导体)。制备方法涵盖刺绣、丝网印刷、喷墨打印、金属化织物等工艺。性能评价不仅关注整流效率,还涉及系统集成与穿戴试验。未来研究应聚焦以织物为基底开发柔性高效整流器,创新材料工艺与结构设计,以满足可穿戴应用场景需求;同时,需探索柔性连接与电子元件技术,提升多频段射频电路处理能力。

织物基柔性传感器的研究进展

针对织物传感器多级构筑机制不明晰、传感响应性能及集成兼容性不足等问题,系统阐述了力学、温度、湿度织物传感器的传感原理、制备方法与传感性能的新进展,探讨不同柔性传感器的典型材料应用与结构构建、制备方法以及现阶段面临的挑战,并讨论传感器在运动检测、医疗健康、电子皮肤、人机交互等领域的特性应用。认为:基于材料性质、分级结构、成形工艺研究结合具体使用环境,提升织物基柔性传感器的信号稳定、灵敏度、环境适应性及可扩展性是重点发展方向。

碳纤维织物基MoS_(2)柔性电极的制备及其电化学性能

为了扩大二硫化钼(MoS_(2))较小的层间距尺寸,提高其在水系锌离子电池正极材料的存储性能,以高导电性碳纤维织物基MoS_(2)为柔性负载基底,使用碳酸氢铵和碳酸氢钠2种物相调节剂对MoS_(2)的合成过程进行调控,获得不同层间嵌入结构的MoS_(2)材料(MoS_(2)-NH4+和MoS_(2)-Na^(+)),并探究了嵌入离子类型对层间结构及锌离子存储特性的影响。测试结果表明:在反应中碳酸氢铵释放的NH_(4)^(+)离子(扩层尺寸0.39 nm)相比于碳酸氢钠释放的Na^(+)离子(扩层尺寸0.12 nm)具有更好的扩层效果。在电流密度为500 mA·g^(-1)下,MoS_(2)-NH4+电极循环300次后容量保持率高达97.39%,并且在后续柔性纤维状电池应用中表现出良好的工作特性。提出的具有高性能的MoS_(2)基柔性电极材料的制备方法,为锌离子电池柔性电极材料的结构优化设计开拓了新的思路。

柔性织物基太阳能电池的研究进展

近年来,柔性电子技术、可穿戴器件和物联网的发展极大地推动了便携式能源器件的发展。作为便携式能源器件的供电器件,织物基太阳能电池凭借其重量轻、可弯曲、可折叠、可扭曲等特性,成为了太阳能电池技术的研究热点之一。为了全面了解织物基太阳能电池的最新进展,文章介绍了织物基染料敏化、织物基钙钛矿和织物基有机3种不同类型的织物基太阳能电池,分析了它们的结构、制备方法和性能,并总结了织物基太阳能电池技术发展的局限性和目前所面临的挑战,为织物基太阳能电池的进一步研究和发展提供参考和借鉴。

织物基UHF-RFID标签天线的制备及封装工艺初探

以常见的服装水洗唛为基材,采用丝网印刷方式印制超高频射频识别(ultra high frequency-radio frequency identification,UHF-RFID)标签天线,并与芯片连接封装制备标签,探讨丝网印刷天线的网板目数、不同类型导电油墨和天线/芯片连接封装的热压温度对印刷质量和标签读取性能的影响。试验结果表明:网版目数为300目的标签天线的印刷精度和尺寸稳定性优于350目的丝印网版;当采用8000A型导电银浆时,标签性能满足读取要求,读取距离在8 m以上;为保证标签天线与芯片形成稳定的电连接,从而使所制备的标签读取距离及外观性能最佳,连接封装时热压温度应与天线印刷固化温度一致。

纤维及织物基柔性可穿戴器件研究进展

近年来,随着智能技术的迅速发展,可穿戴器件逐渐成为研究热点。在实际应用中,柔性的可穿戴器件具有更广阔的应用前景,尤其是以纤维和织物为基底制作的柔性器件为解决穿着舒适性、耐水洗性不佳及三维形变时与人体贴合性差等问题提供了基础,同时符合绿色环保的理念,具有现实的研究意义。本文介绍了几种典型的柔性可穿戴器件,并简要回顾了可穿戴设备的柔性化进程;概述了以纤维、织物为基底的柔性可穿戴器件的制备方法;对纤维/织物基器件进行了分类并综述了在柔性传感器、柔性能源器件、柔性电极等领域的最新应用,指出随着材料科学、纺织技术和微电子技术的融合发展,通过系统设计和一体成型构建纺织结构柔性器件是穿戴式产品进一步发展的客观需求和必然趋势。

织物基Ag/TiO_(2)光催化材料的原位制备及对染料的降解性能

为解决光催化剂在降解过程中回收困难、易造成水体二次污染的难题,以聚多巴胺为媒介,采用原位合成法,在棉织物上生长二氧化钛(TiO_(2)),并负载银(Ag)纳米粒子,制备织物基Ag/TiO_(2)光催化材料。结果表明,织物基Ag/TiO_(2)光催化材料在可见光照射210 min时,对亚甲基蓝的去除率达到85.6%。此外,该材料还具有优异的抗菌性能。

织物基微型电容器的柔性储能研究进展

随着便携式电子设备的迅速发展,各类储能设备所占比例逐年上升,人们对其要求也越来越高,微型超级电容器因循环寿命长、充放电速度快等优点受到广泛关注。其中,织物基平面微型超级电容器具有质量轻、可弯曲、可折叠等特点,对发展可穿戴柔性储能设备具有极大意义。文中以织物基微型电容器的柔性储能研究为出发点,概述织物基微型超级电容器,阐述织物基微型超级电容器的组成成分及其结构,探讨二维微型超级电容器的制备方法,并给出微型超级电容器的应用前景。

织物基底的柔性温度传感器研制与测试

为了获得舒适、亲肤的可穿戴电子产品,将纯棉织物经过一定的预处理后获得柔性基底,在基底上面喷墨打印硝酸银催化剂后,通过沉积镀铜的方法获得铜电极;然后通过点胶的方式将主要成分为聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT︰PSS)的墨水打印在基底上的电极之间,得到热敏传感层,从而制备了新型的柔性温度传感器。通过100次的剥离测试,发现铜电极与基底的附着力良好。性能测试结果表明:在35~52℃的温度范围内传感器电极间的平均电阻温度系数在0.02℃^(-1)以上,灵敏度较高,经过1100次的弯折测试后,传感器在该温度范围内依然保持较高的灵敏度。该成果对可穿戴温度传感器的研发有一定参考意义,在医疗、体育等领域的体温实时监测方面有较大的应用潜力。

基于喷墨打印技术的织物基湿度传感器研究

用聚(4-乙烯吡啶)(P4VP)与光刻胶SU-8混合液浸涂织物,在120℃的烘箱中处理20min进行交联反应,制得织物基底,采用喷墨打印技术将0.5g/mL的AgNO_(3)溶液在织物表面打印出线宽0.5mm、间隙宽度0.5mm的叉指电极图案,Ag;作为活化剂启动化学镀铜,在织物表面沉积形成铜层电极,将0.06g/mL PVA和0.03g/mL KOH混合制得PVA/KOH湿敏聚合物,并涂布在铜叉指电极上形成PVA/KOH湿敏聚合物薄膜,在100℃温度下干燥20min得到湿度传感器。利用扫描电镜对叉指电极的镀铜形貌进行表征,用四探针测试仪测量铜镀层的方阻仅为176mΩ/,用柔性测试系统对样品的耐弯性、附着稳定性进行研究,利用计时安培法测试了湿度传感器的电化学性能。结果表明:P4VP/SU-8改性、AgNO_(3)催化镀铜可以提高织物基镀铜层的导电性和附着力,从而使涂布PVA/KOH湿敏层聚合物制得的湿度传感器具有耐弯性、稳定性和高灵敏性。

外接互联及织物密度对织物基丝印汗液葡萄糖监测用传感系统电化学性能的影响

基于丝印技术制备织物基碳电极,并进行葡萄糖氧化酶的修饰。探究不同外接互联对织物基碳电极电化学性能的影响,再选取最优外接互联方式制备不同织物密度的电极传感系统,评价其电化学性能。结果显示:丝印织物基电极可用于葡萄糖监测用传感系统,利用双组分环氧导电胶胶接互联有利于传感系统获得长久且稳定的测试结果,且织物密度影响电极传感系统的电化学有效面积。同时,使用最优方案制备的葡萄糖传感系统灵敏度为302.86 (μA·L)/mol,在葡萄糖浓度为50~250μmol/L时其所获取的电流具有良好的线性响应性。该传感系统能够满足汗液中微小含量葡萄糖的检测要求。研究结果为汗液葡萄糖监测用传感系统在织物上的集成提供一定的试验基础。

摩擦纳米发电机在织物基智能可穿戴中的应用

智能可穿戴技术的快速发展对供能系统适用、经济、环保等提出了更高的要求。因体积大、不耐久、非柔性、不易集成于织物、综合成本高昂,并且单位储能能力有限、电容充电不便,所以现有的原电池、二次电池、燃料电池、储能电池等"化学能-电能"装置,无法满足智能可穿戴设备对能源供给系统的要求。摩擦纳米发电机(TENG)可以将环境中低频机械能转化为电能,且拥有能源供应稳定、经济性好、适用性强、清洁环保等优势。将摩擦纳米发电机集成到纺织品上,持续、稳定提供电能是解决目前织物基智能可穿戴领域供能问题的重要途径。总结了摩擦纳米发电机相比较于传统电池的应用优势,介绍了摩擦纳米发电机的基本工作原理和理论模型,概述了提高摩擦发电性能的方法,详述了其在织物上材料集成与结构设计方式,列举了其集成在纺织品及其他方面上的应用。讨论了目前摩擦纳米发电机在织物基智能可穿戴研究中存在的问题,展望了恒流摩擦纳米发电机等未来研究方向。

碳纤维织物基形状记忆复合材料的制备及其性能

为解决碳纤维织物基形状记忆复合材料体系中催化剂存在对其回收利用的影响,通过基于动态酯交换反应的环氧-酸酐体系作为形状记忆功能体(BMT),以多羟基反应单体三羟甲基丙烷(TMP)作为反应活性剂,与碳纤维织物整理复合制备出无催化剂可调控的形状记忆复合材料。结果表明,这种多羟基催化碳纤维织物基复合材料(C-BMT)不仅具有良好的形状记忆的能力,而且其物理性能也十分优异,特别是拉伸强度较形状记忆功能体BMT提高了24倍。另外,这种复合材料中不存在催化剂,解决了催化剂对其回收利用产品应用的限制,对未来高性能碳纤维织物基复合材料开发和回收利用的实现具有重要意义。

柔性超级电容器用织物基复合电极的制备及其性能研究

通过将棉织物碳化,再在其表面沉积多臂碳纳米管(MWCNT),制备三维柔性导电基底,再以恒电流电沉积的方式在三维柔性导电基底上生长CuS,得到织物基复合电极材料g-CuS/MCc。经测试发现生长在三维柔性导电基底上的CuS为纳米片状Cu7S4,g-CuS/MCc的比表面积为376.21 m2/g;在2 mA/cm2的充放电电流密度下,g-CuS/MCc的比电容高达8090 mF/cm2;在20 mA/cm2的电流密度下,经3000次充放电循环测试后,g-CuS/MCc的比电容保持率达92.3%。

织物基微型电路的研究进展

智能可穿戴电子产品的微型化和高度集成化需求促进了柔性电路的发展。柔性电路通过不同工艺方式附着于柔性的绝缘基底,凭借其轻薄、微尺寸、高导电和强弯折性等特点,在军工装备、汽车、传感器等电子产品领域中广泛应用。其中,织物基微型电路可以将电子器件的制造和功能与柔性纺织品结合,有助于推动未来智能服装的商业化应用。针对不同基底织物与高导电墨水原料,总结了目前柔性电路的制备方法,阐述了各制备方法的优缺点,剖析了织物基微型电路的实际应用情况,并对未来织物基微型电路的发展趋势做出展望。

电磁屏蔽织物基二维材料的研究进展

开发高效、轻薄、柔性的电磁屏蔽材料是当前电磁污染防护领域的研究热点。文中介绍了二维电磁屏蔽材料的研究进展、屏蔽材料的结构设计原则和二维材料的屏蔽机理,以及二维吸波材料在不同频率下所呈现的电磁屏蔽性能,并对其在电磁屏蔽领域应用进行了展望。织物基二维材料的开发在人体电磁防护领域具有发展前景。

基于聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)掺杂聚(苯乙烯磺酸)的柔性织物电极的研究进展

介绍了基于聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)导电聚合物掺杂聚(苯乙烯磺酸)的柔性织物电极的常用制备方法,评估了各方法的优缺点。概述了基于聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)掺杂聚(苯乙烯磺酸)的织物电极在能源存储、心电图监测、电子传感和电磁屏蔽等领域的应用。此外,还分析了织物基电极在能源储存方面所面临的挑战,并进行了展望。

棉织物/聚二甲基硅氧烷复合介电层柔性压力传感器制备

针对织物基柔性压力传感器制备过程中存在工艺复杂、成本高等问题,提出在平纹棉织物上下表面贴附等宽叉指形铜箔,并采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)封装织物及铜箔电极,制得织物基电容式柔性压力传感器的方法,对传感器阵列单元截面微观形貌进行观察并对传感器性能进行测试。结果表明,传感器具有PDMS包覆织物纤维特殊微结构复合介电层;在0~0.75、0.75~125及125~580 kPa范围内,灵敏度分别为8.66×10^(-3)、0.94×10^(-3)和0.43×10^(-3)kPa^(-1),传感器最大可检测限达580 kPa,最大迟滞约5.5%,具有良好的重复性及稳定性;对其柔性及触觉分析发现,该传感器可清晰识别并反馈弯折不同角度及手指间歇触压的过程。

基于形状记忆合金丝包覆纱的针织物致动器研究

为构建面向软体机器人应用的织物基人工肌肉,设计并制备了1种以镍钛形状记忆合金丝为芯丝、芳纶复丝为外包纤维的包覆纱,利用该包覆纱制备了1种可通过电阻热驱动的纬平针织物致动器,研究了此致动器循环致动特性及其结构参数与致动条件对其致动特性的影响。研究结果表明:针织物致动器受驱动后将沿线圈纵行方向产生弯曲变形;当致动器线圈横列数增加时,其沿织物平面线圈纵行方向输出的致动力值将呈近似线性关系显著增加,而在垂直于织物平面方向输出的致动力略有减小;针织物致动器线圈尺寸的增加将使其沿织物平面内线圈纵行方向输出的致动力增加;致动电流值的增加将使致动器输出的致动力增大;针织物致动器具有稳定、快速的循环致动能力。

基于人体臂部的连续动态服装压力预测模型及准确性表征方法

通过建立人体臂部与弹性压力臂套的三维有限元模型,对弹性压力臂套的穿套过程及人体肘关节着装后屈曲的2种工况进行数值模拟,计算得到人体臂部软组织外表面及弹性压力臂套随时间变化的等效应力;基于此数据建立线性回归模型,选取均方根误差作为线性回归模型表征指标,以用于表征织物基传感器测试的准确性。最后对模型进行应用,在有限元模型中选取臂部肘关节外侧屈曲点处,提取此处随时间变化的应力曲线,基于曲线上的特征点建立线性回归模型;选取2种柔性传感器,将其缝制在与模型屈曲点处同样的位置,测试匀速屈肘时的电信号数据,并通过力电耦合模型将电信号转换为应力值。选取均方根误差(RMSE)作为表征线性回归模型的指标,对2种传感器测试数据进行分析,结果显示其中一款传感器的测试值的回归效果与真实值的差距较小,可以认为此传感器运用于肘部弯曲测试准确度更高,效果更好。